Natura este plină de modele frumoase, precum formele aparent complexe de fulgi de zăpadă, linii de coastă, nori și scoici de mare.
Dar măriți și veți vedea fractale, adică același model simplu care se repetă la scări mai mici și mai mici.
Acum, cercetătorii au descoperit că un simplu obiect fabricat de om, un laser, poate crea, de asemenea, aceste modele uimitor de complexe - așa cum a fost prezis prima dată în urmă cu două decenii. Ei și-au raportat rezultatele pe 25 ianuarie în revista Physical Review A.
Un laser poate fi gândit ca o cutie care este formată din două oglinzi, cu particule de lumină sau fotoni, care sărită înainte și înapoi între oglinzi, a declarat autorul studiului Andrew Forbes, profesor de fizică la Universitatea din Witwatersrand, din Johannesburg , Africa de Sud. Cu toate acestea, unul dintre oglinzi este curbat, astfel încât unii dintre fotoni sări în unghi și să scape mai degrabă decât să lovească din nou cealaltă oglindă, a spus Forbes. Lumina cu laser pe care o vedem este formată din acei fotoni care scapă.
Oamenii de știință au prezis cu zeci de ani în urmă că lumina care scapă din laser ar putea teoretic produce un fractal în condițiile potrivite. Dar se dovedește că nu este cazul.
Mai degrabă, „ce trebuia să facem era să privim în interiorul cutiei”, a spus Forbes pentru Live Science.
Pentru a crea fractalul, au folosit oglinzile curbe ale laserului și i-au determinat să își facă dubla funcție ca un fel de "telescop". În acest caz, oglinzile erau curbate într-un mod special, care distorsionau formele precum o oglindă funhouse. „Ceea ce face un telescop este fie să facă lucrurile mari mici, fie lucrurile mici mari”, a spus Forbes. Deci, de fiecare dată când lumina se întoarce o dată, sistemul lor de telescopuri îl mărește sau îl micșorează. Drept urmare, „într-un singur loc, se formează această structură amuzantă, cu adevărat nebună” - „o imagine din interiorul unei imagini în cadrul unei imagini”, a spus el. Cu alte cuvinte: un fractal.
Cercetătorii au creat numeroase tipuri de fractale, jucându-se cu curbura oglinzilor și modificând astfel mărirea.
Au construit apoi un sistem de imagistică care a capturat acești fractali interni și i-a adus afară pe un ecran. Modelul se repetă doar până când atingeți lungimea de undă a luminii, la fel ca fractalele din natură se repetă doar până când s-au mări până la nivelul atomului, a declarat co-autorul Johannes Courtial, un lector principal în fizică și astronomie la Universitatea din Glasgow în Scoţia. (Cu toate acestea, în matematică, fractalele se repetă la infinit, cum este cazul celebrului set Mandelbrot.)
Până la acest moment, oamenii se uitau probabil la locul nepotrivit din laser, a spus Courtial.
"Nu ne-am uitat destul de bine în planul potrivit, deci nu este experimentul perfect", a declarat Courtial pentru Live Science. Acum că și-au dat seama că se poate face, în experimentele ulterioare, „putem face mult mai bine”.
Simulările teoretice, conduse de Courtial, au sugerat că acest model nu poate exista doar în două dimensiuni, ci și în 3D. Asta înseamnă că atunci când tăiați modelul fractal perpendicular pe planul pe care este activat, este posibil să vedeți exact același model, similar cu sine. Atunci când asta a apărut în simulări cu laserul, "nu mă așteptam deloc la asta", a spus Courtial. Dar cercetătorii încă trebuie să dovedească acest lucru experimental.
Courtial a spus că au efectuat aceste experimente „doar din interes” și că încă nu există aplicații practice.
Dar știind că luminile cu laser pot crea fractale ar putea duce la un fel de microscop sau sistem imagistic care ar putea privi mai multe dimensiuni decât suprafața sau doar un strat al unui obiect, a declarat Forbes pentru Live Science. „Lumina fractală poartă multă complexitate, și astfel se poate visa că poate este atunci tipul perfect de grindă pentru sondarea materiei complexe.”
